Зрошувальні системи при різних способах поливу сільськогосподарських культур

 

Основні способи зрошування

Спосіб зрошування – це прийом розподілювання води на поливній ділянці, який забезпечує перетворення водного потоку на грунтову та атмосферну вологу. Кожному способу зрошування відповідають певна зрошувальна мережа і техніка поливу.

Техніка поливу - це комплекс заходів, споруд, обладнання і машин, за допомогою яких здійснюється той чи інший спосіб зрошування.

У меліоративній практиці розрізняють п'ять способів зрошування: поверхневий, дощування, дрібнодисперсне дощування (зволоження), внутрішньогрунтовий і підземний. Характеристика основних способів зрошування приведена у попередніх розділах і на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Класифікація способів зрошування:

 

а – поверхневий; б – дощування; в – дрібнодисперсне (аерозольне) дощування; г – внутрішньогрунтове зрошування; д – підземне (субіригація); 1 – приґрунтовий шар повітря; 2 – кореневмісний шар ґрунту; 3 – рівень ґрунтових вод; 4 – водотриви

 

Жоден із способів зрошування не може бути універсальним. Застосування того чи іншого способу обґрунтовується аналізом конкретних природно-господарських умов району. При цьому враховують: склад культур і сівозміни; водозабезпеченість і меліоративний стан зрошуваних земель; забезпеченість робочою силою і електроенергією; водно-фізичні властивості ґрунту і рельєф. Тільки при такому аналізі можна віддати перевагу тому чи іншому способу зрошування, який визначає конструкцію зрошувальної мережі.

Незалежно від способу і техніки поливу до них ставляться такі основні вимоги: рівномірно розподілити по площі і глибині активного шару ґрунту поливну воду; виключати непродуктивні втрати води на фільтрацію, випаровування і заболочування; забезпечувати високу продуктивність праці при поливі і максимальний рівень його механізації і автоматизації; забезпечувати одержання високих і стійких врожаїв сільськогосподарських культур.

 

Всмоктування i фільтрація води у ґрунті

При всіх різновидах поверхневого зрошування i дощування вода потрапляє на ґрунт, поглинається ним i нагромаджується у шпарах. У процесі поглинання i руху води у ґрунті розрізняють дві фази: всмоктування i фільтрацію.

Всмоктування являє собою першу фазу насичення ґрунту, коли поливна вода послідовно заповнює вільні шпари. При поливі по смугах i дощуванні вода, всмоктуючись, пересувається вниз, а при по­ливі по борознах - вниз i одночасно в боки i догори по капілярах.

Швидкість всмоктування зменшується залежно від стану поверхні ґрунту, його гранулометричного складу i вологості. Вимірюється у міліметрах або метрах за одиницю часу (хв, год, діб). Залежно від швидкості всмоктування ґрунти поділяються на три типи: слабоводопроникні (менше 50 мм за перший час всмоктування); середньоводопроникні (50...150 мм); сильноводопроникні (понад 150 мм за перший час всмоктування).

Швидкість всмоктування вологи у грунт описується рівнянням
О. М. Костякова: К_ср = К_о/t^α, Де К_о - середня швидкість всмоктування за першу годину, м/год; α - показник степеня, що визначається експериментально, змінюється в межах 0,3...0,8; t - тривалість всмоктування, год.

Після повного насичування шпар поглинання вологи ґрунтом переходить у наступну фазу - фазу фільтрації, яка може бути вертикальною (просочування поливної води вниз) або горизонтальною (рух ґрунтової води по водопроникному ложу).

Отже, на початку поливу швидкість поглинання води ґрунтом найвища, a з часом, у міру насичування шпар водою i наростання шля­ху фільтрації, вона зменшується i наближається до постійної для розглянутого типу ґрунту величини - швидкості фільтрації.

Поверхневе зрошування

Полив по борознах. Полив по борознах – поверхневий полив грунту для зрошування просапних культур (кукурудза, цукрові буряки, овочі, бавовник, плодові і ягідні насадження та ін.). Застосовується на незасолених ґрунтах на території з похилами не більш 0,03, оскільки при більшому похилі вода розмиває борозни, змиває грунт і викликає його ерозію.

Класифікація і будова поливних борозен наведена (рис. 3.5).

 

Рис. 3.5. Поливні борозни:

 

а - мілкі і глибокі; б - з терасами; в - з бермою; г- борозни – щілини; д – засіювані

 

За глибиною борозни поділяються на мілкі (8...12 см), середні (12...18 см) і глибокі (18...25 см); за проточністю — на про­точні (незатоплювані) і тупі (затоплювані); за профілем перерізу - параболічні, трапецієвидні, з бермою, з терасами, борозни-щілини, за довжиною - на короткі (60...250 м) і довгі (250... 500 м); за ступенем сільськогосподарського використання - на за­сіювані і незасіювані.

Поливні борозни нарізають начіпними культиваторами-підгортальникамм КОН-2,8; КОН-2,8Т; КРН-4,2 після посіву.

Борозни мають переважно параболічний або трапецієвидний переріз з шириною по дну 8...10 см, з закладанням укосів 1: 1. Відстань між ними залежить від водопроникності і капілярних властивостей ґрунту і повинна бути такою, щоб контури зволоження двох сусідніх борозен змикались. З урахуванням цього відстань між борознами приймають: на легких ґрунтах - 50...65 см, на середніх - 65...80 і на важких ґрунтах -80...100см.

Основні недоліки поливу по борознах: нерівномірне зволоження ґрунту за довжиною борозни, невисока продуктивність праці поливальників (0.4... 2.0 га. за зміну), неможливість подачі невеликих поливних норм.

Полив напуском по смугах. Полив напуском по смугах – це поверхневий полив грунту для зрошування вузькорядних культур: зернових колосових, однолітніх і багатолітніх трав, моркви, цибулі та ін, При цьому вода рухається по поверхні ґрунту, покриваючи її шаром 2...3 см. Для спрямування руху води смугу з двох боків обмежують валиками (палами) або борознами. Застосовується на територіях з похилами 0,002...0,02.

Розрізняють три види поливу по смугах: з головним, боковим і комбінованим напусками води на поливну смугу (рис. 3.6).

За шириною смуги поділяються на вузькі (1,8...4,2 м) і широкі (до 35м), а за довжиною- на короткі (до 50 м) і довгі (до 500 м).

Полив напуском по смугах, як правило, проводять нормою добі­гання, що дозволяє зменшити поливні норми з 900...1000 м³/га до 500…700 м³/га. Подачу води на смугу припиняють, коли вона пройде 75...85 % її довжини.

Для змочування смуги подають витрату води 10...15 л/с і більше на 1 м ширини смуги, а потім її зменшують у 2...3 рази. Довжина смуг залежить від гранулометричного складу, водопроникності ґрунту і похилу.

 

 

Рис. 3.6. Полив напуском по смугах:

 

а – з головним пуском води; б – з боковим пуском; в – з комбінованим пуском; 1 – тимчасовий зрошувач; 2 – валик; 3 – вивідна борозна; 4 – внутрішньогосподарський розподільник

Визначають такі елементи техніки поливу по борознах і смугах:

- довжину борозни чи смуги;

- витрату води у поливну борозну чи на 1м ширини смуги (питома витрата);

- тривалість подачі поливної норми;

- тривалість всмоктування поливної норми.

Довжини поливних борозен і смуг, а також питомі витрати визначають за рекомендаціями (таблиця 3.1).

Тривалість подачі і всмоктування поливної норми для борозен:

, год (3.14)

,год (3.15)

 

 

Таблиця 3.1

Параметри елементів техніки поверхневого поливу

Середня швидкість всмоктування води у ґрунт в першу годину, см/хв	Похил поливної ділянки	Борозни	Борозни-щілини	Смуги
Довжина, м	Питома витрата, л/с	Довжина, м	Питома витрата, л/с	Довжина, м	Питома витрата, л/с
Менше 0,15 (низька)	0,002…0,004	250…300	1,2…1,5	250…300	2,4…3,0	250…300	6…8
0,004…0,007	300…500	0,8…1,2	300…350	1,6…2,4	300…350	5…6
0,007…0,010	350…400	0,5…0,8	350…400	1,0…1,6	350…400	4…5
0,15…0,30 (середня)	0,002…0,004	200…250	1,2…1,5	150…250	2,4…3,0	200…250	8…10
0,004…0,007	250…300	1,0…1,2	250…300	2,0…2,4	250…300	6…8
0,007…0,010	300…400	0,8…1,0	350…400	1,4…2,0	300…350	5…6
Понад 0,30 (висока)	0,002…0,004	120…200	1,5…2,0	120…200	3,0…4,0	150…200	10…12
0,004…0,007	200…250	1,2…1,5	200…250	2,4…3,0	200…250	8…10
0,007…0,010	250…350	1,0…1,2	250…350	2,0…2,4	250…350	6…8

Тривалість подачі і всмоктування поливної норми для борозен:

, год (3.16)

, год (3.17)

 

де m – поливна норма, м³/га; l – довжина поливної борозни чи смуги, м; q – питома витрата, л/с; a – відстань між борознами, м; К₀ – середня швидкість всмоктування, м/год; α – показник степені (α=0,3…0,8);
β – змочений периметр борозни, м.

t_под ≥ t_всм – полив постійною витратою q;

t_под < t_всм – полив змінною витратою q.

 

Технологія розподілу води у борозни і смуги. У межах поливної ділянки існує лише тимчасова зрошувальна мережа, яка у загальному випадку включає: тимчасовий зрошувач, вивідні борозни i поливні борозни або смуги. Залежно від рельєфу i похилу подача води із зрошувального каналу у тимчасову мережу може здійснюватись за двома схемами - поздовжньою i поперечною (рис. 3.7.)

 

Рис. 3.7. Схеми розміщення тимчасової зрошувальної мережі

 

а – поздовжня схема; б – поперечна схема; 1 – внутрішньогосподарський розподільник; 2 – тимчасовий зрошувач; 3 – вивідні борозни; 4 – водоскидний канал; 5 – поливні борозни-смуги; 6 – ділянковий розподільник

 

Поздовжню схему рекомендується застосовувати при похилах менше 0,004, а поперечну з - при похилах понад 0,004. Кращою вважається поперечна схема, оскільки через відсутність вивідних борозен скорочуються затрати на їхнє нарізування, збільшується коефіцієнт використання землі i скорочуються втрати води на фільтрацію.

Тимчасово зрошувальну мережу влаштовують у наступній послідовності: нарізають поливні борозни або смуги переважаючим похилом, потім вивідні борозни i останніми - тимчасові зрошувачі. При поперечній cxeмi відразу за поливними борознами i смугами нарізають тимчасові зрошувачі. Довжина тимчасових зрошувачів не повинна перевищувати 1200, а вивідних борозен - 200 м.

Подача води по тимчасових зрошувачах у поливні борозни i смуги вимагає великих затрат фізичної праці, тому продуктивність поливу дуже низька - 0,5...1,0 га за зміну.

Поліпшення техніки розподілу поливної води і збільшення продуктивності праці при поливі можна досягти і за рахунок використання різних пристроїв, удосконалень і замін на тимчасовій зрошувальній мережі: переносних і стаціонарних трубопроводів, сифонів, поливних трубок, однобортних борозен замість земляної тимчасової мережі трубопроводів, поливних машин (рис. 3.8, 3.9).

 

 

Рис. 3.8. Схема подачі води за допомогою наземних (а) і підземних (б) поливних трубопроводів

 

1 – гнучкий трубопровід; 2- поливна борозна; 3 – азбестоцементний трубопровід; 4 – водовипускні отвори діаметром 4…8 мм

 

 

Рис. 3.9. Схеми подачі води в борозни і на смуги за допомогою

 

а – сифонів; б – поливних трубок; в – однобортної вивідної борозни

 

Як поливні машини застосовують переобладнані дощувальні машини типу ДДА-100М і «Волжанка», проте замість дощувальних апа­ратів на них встановлюють водовипускні шланги для подачі води у поливні борозни.

Полив затоплення. Полив затопленням – це поверхневий полив грунту шляхом затоплювання водою поливних чеків.Застосовується переважно для зрошування рису, лиманного зрошування i промивання засолених ґрунтів. Piдше його застосовують для зрошування люцерни, кукурудзи i зернових культур.

Чеки в рисових господарствах мають горизонтальну поверхню. Для звичайних польових культур вони можуть мати похил 0,0005...0,001. Вода надходить у чек, затоплює його шаром 5...15 см i всмоктується у ґрунт. Залишки води при поливі польових i кормових культур скидають.

При поливі затопленням польових i овочевих культур всередині чеків можна нарізати борозни або смуги, тобто застосовувати змішаний cпociб поливу. При цьому забезпечується швидке просування води, pівномірніше зволожується грунт, зменшуються поливні норми з 4000...5000 до 1200...1500 м³/га, відбувається швидше вивільнення чека від надлишків води, оскільки більшість сільськогосподарських рослин не витримують тривалого затоплення. Короткочасне затоплення (до 2...3 діб) задовільно переносять кукурудза, люцерна, озима i яра пшениця, ячмінь, овес, сорго.

Позитивним при поливі затопленням є його висока продуктивність (20...50 га за зміну на одного поливальника), цілодобове поливання, можливість повної автоматизації процесу водорозподілу. Основний недолік - значні втрати води на фільтрацію і випаровування, тому поливні норми досягають 11000 м³/га i більше.

Зрошувальна система при поливі по борознах і смуга. Зрошувальна система – це комплекс технологічно пов’язаних між собою гідротехнічних споруд та технічних заходів для здійснювання зрошування у межах визначеної території. При поливі по борознах і смугах зрошувальна система складається з джерела зрошування, водозабірної споруди, провідної зрошувальної мережі з відповідними гідротехнічними спорудами і арматурою, тимчасової регулюючої зрошувальної мережі, водозабірних каналів, доріг, лісосмуг та пристроїв для оперативного збору необхідної інформації та управління поливами.

Провідна зрошувальна мережа влаштовується постійною і включає в себе розподільчі канали чи трубопроводи різних порядків. З конструкцією залежить від конкретних умов, може бути закритою, відкритою та комбінованою.

Тимчасова (регулювальна) зрошувальна мережа складається із тимчасових зрошувачів, вивідних і розподільчих борозен, які служать для забору води із ділянкових каналів (трубопроводів) і подачі її у поливні смуги і борозни (див. рис. 3.7).

Тимчасові зрошувачі нарізають весною, каналокопачем трапецеїдального перерізу слідуючих розмірів: глибина 70…120см, ширина по дну 30…60см, закладання відкосів 1:1.

Витрату тимчасового зрошувача нетто визначають за формулою, л/с:

, (3.13)

де F_т.зр – площа, яка поливається із тимчасового зрошувача, га; t – тривалість поливу зазначеної площі, діб. Звичайно від 1 до 3 діб.

Пропускну спроможність зрошувачів стандартизують, приймаючи їх витрати з заокругленням до більшої величини: 10…15…20…25…30…40…50…60…80…100 л/с.

Рівень води у зрошувачах повинен бути вище зрошувальної поверхні при великих похилах на 5 см, при середніх – на 10см і при малих – на 15см.

З метою покращення показників поливу і технології його проведення у деяких випадках замість тимчасових зрошувачів і вивідних борозен застосовують переносні жорсткі та гнучкі трубопроводи, а також спеціальні поливні машини (див. рис. 3.9).

Водозбірно-скидну мережу влаштовують з метою скиду надлишків поверхневих і катастрофічних вод (прориви дамб, каналів).

На засолених землях з метою пониження і підтримання заданого рівня ґрунтових вод влаштовують дренажну мережу, яка складається із горизонтальних регулюючих дрен здебільшого закритого типу і колекторів різних порядків. Одним із прикладів зрошувальної системи на засолених землях є рисова система.

Рисова зрошувальна система. Рисова зрошувальна система представляє комплекс технологічно пов’язаних між собою гідротехнічних споруд, які забезпечує подавання води на рисові чеки, підтримування необхідного рівня води у них та водовідведення після закінчення вегетації рису.

Сучасна інженерна рисова зрошувальна система складається із зрошувальних i дренажна-скидних каналів, поливних карт, розділених валиками на чеки, споруд на мережі, дopiг, засобів зв'язку, лісосмуг, будівель для служби експлуатації.

Зрошувальна мережа складається з магістрального каналу, розподільних каналів різного порядку, оснащених гідротехнічними спорудами, i служить для транспортування води від джерела зрошування на рисові чеки.

Дренажно-скидна мережа складається з відкритих або закритих дрен i колекторів, армованих гідротехнічними спорудами. Вона призначена для скиду i відведення дренажно-скидних вод за межі системи.

Поливна карта - це частина поля рисової сівозміни, обмежена за периметром молодшими каналами зрошувальної i дренажно-скидної мережі. Кілька суміжних полів створюють рисову сівозмінну ділянку. Поливна карта - основний елемент рисової системи, оскільки в її межах здійснюється повний цикл ycix poбiт, пов'язаний з вирощуванням рису.

Застосовується три основних типи поливних карт: карта Краснодарського типу (ККТ), карта-чек широкого фронту подачі i скиду (КШФ) i карта кубанського типу.

Схема рисової системи з поливною картою Краснодарського типу наведена на рис 3.10.

 

Рис. 3.10. Схема рисової зрошувальної системи з картою Краснодарського типу

 

1 – ділянковий розподільник; 2 – картовий зрошувач; 3 – картовий скид; 4 – валик; 5 – водовипуск з розподільника в зрошувач; 6 – водовипуск із зрошувача в чек; 7- водовипуск із чека в скид; 8 – водовипуск із картового скиду в колектор; 9 – колектор